Industry 4.0 Explained in 4 mins – Training & Tutorial s – Smart Factory s – OT & IOT Security

來源：智能制造

工業 4.0 講求智慧化製造，利用物聯網和大數據提升生產力，涉及生產硬體以至全套生產模式的配合，關鍵詞就是「數據運用」。你不運用數據，別人就拿去用，繼而淘汰你。

而大企早在 10 多年前已開始透過數據協助生產，中小企輸在起跑線將更難生存。跨國汽車大企早於 10 多年前，便開始將生產資訊開放予業界，當業界接連至系統，即可知道車廠(客戶)的最新需要。

德國是工業 4.0 的實踐者。工業 4.0 這個熱門詞，2011 年在德國漢諾威工業博覽會首次提出，13 年成為德國政府未來工業策略。牽涉到數據年代各個熱門詞如：物聯網(IoT)、雲端技術和其他先進軟體發展。其中 OT (營運技術)與 ICT (資訊及通訊技術)整合，將改變整個工業界面貌、拉開不同經濟體的競爭力差距。

發展前景取決於人類潛能

空中巴士行政總裁 Tom Enders 指出，在工業 4.0 的趨勢下，企業的跨界別合作機會將增加。

工業 3.0 是透過機械，完成人手做不到的事。但若繼續發展下去，機械的角色就發展為人類能做、但機械做得更好。換言之，工業 4.0 的發展，其實也相當取決於能否讓人們持續地得到啓發，發揮到人類本質上的能力，將之轉化為機器語言。

新模式需 IT 人才法律配合

研發智慧工廠所需的雲端托管、物聯網、大數據、工業機械人等技術，助製造業界升級至智慧生產。

工業 4.0 的發展需要教育制度配合，為工業界提供人才。座上客陳偉聰表示，在工業 4.0 下，工業生產涉及的不再止於工人，更包括 IT 人才，負責系統整合(System Integration)等不同範疇的數據工作。

現今社會的購買模式正在改變，消費者追求個性化產品，廠商在這方面也得借助智慧化製造配合。

數據是整個工業 4.0 的根本，你不用數據，別人就會拿去用。不過數據運用涉及法律問題，故政府需做帶動者，要像德國倡議「工業 4.0」，一樣，由政府倡議。且政府至少要提供一套標準，供中小企參考及協助人才培訓，畢竟大企業 10 多年前已開始透過數據協助生產，中小企輸在起跑線將更難生存。

智慧化生產雲端定策略

單以機械臂取代人手，只不過是自動化生產(Automation)，工業 4.0 的智慧化生產(Smart Manufacturing)，更在於將相關的工業技術，跟銷售、產品體驗，以至商業夥伴和客戶連結起來。

小如鞋子，大到推土機的生產，都可由智慧化的引入，追蹤產品出廠後被運到哪個市場，瞭解哪個市場需求最大，哪些市場供過於求，哪些則求過於供。數據存於雲端上，由業界共享來制訂市場策略，根據市場反應改良產品，或得知哪個組件損壞頻率較高，作出針對佈署。

工業 4.0 不是短暫而是長時間的發展，個別廠商因自身業務需要，仍處於工業 2.0 階段也不足為奇，但一定要清楚自己的起步點，按需要發展至 2.0、3.0 或 3.5，「是否用一輛法拉利去速遞薄餅就是好？其實綿羊才是最好。」

生產大原則離不開成本，「不論網路、IoT 發展如何，到頭來還是講‘Thing’，‘Thing’總是有人生產出來的，問題只是如何生產。」

德師傅全廠最值錢

相對香港技工多被認為是讀書不成才入行，歐洲人對技工有高度尊重和認受性。本港的大學雖有工科，但工科生被商界搶走。

工業發達是由環境和文化造就，歐洲年輕人不論入讀傳統大學，抑或循工科方向發展，都可通往地位均等的出路。他多年前考察過一間德國模具廠，該廠 24 小時運作，生產設備和流程均極先進，但最高人工者，卻是一位人手打磨師傅，負責人更指該師傅是全個廠房最值錢的資產。

他認為生產過程如何智慧化，機械也不及人手，因為人能適應任何環境和政策改變，即使人手有機會出錯，也能從錯誤中學習。

數據協助生產流程

工業 4.0 至今並無準則，但可體現在透過感測器裝置，蒐集機床使用狀況的數據，進行遠端監控，如 100 台機器之中，哪台正在使用、哪台停止運作、每台機生產多少件產品、每個馬達的運轉狀況等。

可預計機械耗損週期

甚至刀具也可加上感測器，直接連結機床。傳統機械化生產，一開始便須調校好轉速，即使刀具有損耗，機床仍不會自我調節，繼續在同一轉速下運作，造出有問題的產品。但智慧化生產可在發現刀具出現損耗後，自我減慢機床轉速。當中最重要技術是預計到機器耗損的週期，從而讓廠家及早訂購零件，縮短停機更換零件的時間。

相關：數據自動流動是工業 4.0 的精髓

1、引言

智慧生產需要實現兩種不同性質的自動化，一種是生產裝備的自動化，另一種是數據流動的自動化。

生產裝備的自動化對製造企業而言，是非常容易理解的，它是透過自動化的機床、機器人等各類自動化設備，實現生產設備的過程自動化，但數據流動的自動化，又該如何理解？在智慧工廠中，數據是如何自動化流動的？需要經過「幾關」？

2、數據自動流動是工業 4.0 的精髓

在德國工業 4.0 策略中，有縱向整合、端對端整合、橫向整合 3 項整合，這是工業 4.0 中非常重要的概念，是實現企業內、企業間價值流整合的關鍵。

縱向整合主要是，將各種不同層面的 IT 系統整合在一起，例如，執行器與感測器、控制、生產管理、製造和執行及企業計劃等不同層面(摘自德國工業 4.0 策略計劃實施建議)。從資訊化角度來看，就是在企業內實現研發、計劃、工藝、生產、服務等各環節間的數據自動流動，如圖 1 所示。

　　圖1縱向整合和網路化製造系統

端對端整合則是透過產品全價值鏈和為客戶需求，而協作的不同公司，使現實世界與數位世界完成整合。端對端整合更加突出了以產品的研發、生產、銷售、服務等為主線，實現企業間的數據自動流動，如圖 2 所示。

　　圖2端對端整合

作為 3 項整合中的最高層次，橫向整合是指將各種使用不同製造階段，和商業計劃的 IT 系統整合在一起，這其中既包括一個公司內部的材料、能源和資訊的配置，也包括不同公司間的配置(價值網路)，即以產品供應鏈為主線，透過數據在企業之間的自動流動，實現一種社會化協同生產，如圖 3 所示。

　　圖3橫向整合

由圖 3 可知，在企業內部的市場、銷售、管理、計劃、生產、工程各環節，以及外部的設計人員、客戶、供應商、分包商等眾多角色之間，實現了數據的自動有序流動。

透過德國工業 4.0 對 3 項整合的定義可以看出，工業 4.0 願景中，在企業內部、企業之間、社會化的智慧製造及服務中，數據自動有序的流動，是實現智慧製造的重要技術。

3、企業內部的數據自動流動是打造慧能工廠的基礎

未來的企業是價值驅動的企業，是數據自動流動的企業，而數據自由有序的流動，是智慧工廠的前提與基礎。

機器聯機器暢通數據流

現在的電腦、手機等終端都接入了網路。試想一下，如果這些智慧終端不能聯網工作，而只能單機工作，單是影響工作效率不說，幾天下來，我們就可能要崩潰了：沒有網路，怎麼工作？同樣，一台機器即便自身的智慧化程度非常高，能發揮的作用畢竟是有限的。

透過專業的設備物聯網系統，將網口、串口等不同的接口形式，不同的數位控制系統，數控銑床、數控車床、加工中心、機器人等不同的數位化機器進行聯網，實現機器的互聯互通，可徹底改變以前機器資訊化孤島的局面，從而可以發揮機器集群控制的優勢，形成機器群體的數位化、網路化、智慧化，實現集約化、網路化、柔性化的生產模式。

聯網實現了機器與機器的通信，而機器遠端採集，則實現了機器與人的交互。透過通信協議、感測器和網路等技術，對數控機床、熱處理設備(如熔煉、壓鑄、熱處理、塗裝等設備)、機器人、自動化生產線等各類數位化機器，進行數據的遠端自動採集，可監控每台機器的即時狀態和異常情況，對故障停機、關鍵工藝參數超差等重要事件，可透過電腦系統或手機簡訊等形式，即時送達相關人員，實現機器狀態透明化、即時化的管理。透過機器的遠端診斷，與主動式預測性維護，智慧系統就像醫生一樣，在機器還沒出現故障之前，就得到即時預警、保養、維修，為機器的健康、經濟、高效運行提供了保障。

機器互聯互通，使得以前的「啞機器」能與外界交流，變得「耳聰目明」了，這也是智慧化中「聯接促進智慧」的一個典型應用。機器的數位化和網路化，加速了賽博物理系統(CPS)的形成。「機器+CPS」讓機器具有了群體協作能力，及智慧化的認知能力。

人、機、物間數據自動流動，自組織的智慧製造

透過網際網路製造模式，實現人、機、物相互聯接，和自組織的製造。在這方面，有些先進企業已經進行了很多有益的探索，並取得了良好的應用效果。

博世是德國智慧製造的一個模範企業。在洪堡的物流中心，設備與工件之間，已經借由網路和感測器，建立起了即時聯繫：每個工件或者裝工件的塑料盒裡，都有記錄產品資訊的 RFID 電子標籤，每經過一個生產環節，讀卡器會自動讀出相關資訊，回饋到控制中心，由工作人員進行相應處理，絕大部分生產活動都可以實現自組織。

比如，工件在什麼位置，在什麼機床上加工，加工的時間長短，物料庫存情況，以及是否需要補料等。這些資訊直接與生產管理軟體，無縫整合在一起，生產過程中的所有數據，均可在網路上實現高效、即時的流動和可視化展現，可輕鬆有效地解決生產過程中遇到的問題。新系統投入使用後，工廠庫存減少了 30%，生產效率提高了 10%，由此節約的資金可達幾千萬歐元。

在博世工廠中，所有的機床也實現了互聯。一台電腦管理所有的數控機床，程序集中儲存在中心伺服器中，每台機床需要加工程序時，會遠端自動下載，機床的狀態一目瞭然，開機、關機、運行，加工什麼產品，加工產品數量，故障資訊，機床的利用率等，所有信息都自動、準確地顯示出來，實現了生產過程的透明化和自組織。

人、機器、物料是企業生產的三要素，透過數位化手段實現互聯互通，和實體世界與數位虛體世界的深度融合，從而將製造業逐步推向智慧化。聯接產生協作，聯接產生效益，聯接產生自組織，聯接產生智慧。

虛擬世界與現實世界間數據自由流動，打造經濟「雙引擎」

大數據新業態代表的創新理念，要和傳統行業長期孕育的工匠精神相結合，推動虛擬世界與現實世界融合發展，重塑產業鏈、供應鏈、價值鏈，促進新動能蓬勃發展、傳統動能煥發生機，打造經濟「雙引擎」，實現「雙中高」。

4、網路+ 實現企業內外的數據自動流動

現在，網路+ 已經深入製造業，透過網路+，可以消除企業與消費者的距離，實現零距離交互的行銷等商業活動，更可以發揮網路在社會資源配置中，優化和整合的作用，形成更先進的生產管理新形態。

網路+ 數據流動，實現製造端與消費端的零距離交互

為實現從大規模製造，向個性化客製化的轉型，早在 2012 年有家電業廠商就開始了互聯工廠的實踐，致力於打造按需設計、按需製造、按需配送的體系。透過「去中介化」、「去產品化」與使用者零距離地，打造了使用者交互客製化平台，使用者可以遠端查看，自己所購產品生產的全過程。

客製化選擇、訂單流轉、生產過程、物流運輸等各個環節中，使用者都將不再是被動的等待者，而是全流程的參與者、監管者。智慧化的交互客製化平台，將使用者、企業融為一體，極大地拓展了企業智慧製造的範圍，企業內外互聯互通、協同生產，使用者與企業的關係更加緊密。

網路+ 數據流動，重構企業生產管理新模式

隨著用工成本快速升高、市場需求頻繁變化、競爭進一步激烈以及數位化、網路化、智慧化等新技術的快速普及，為適應市場發展，滿足個性化、社會化、靈活化的智慧製造模式的需要，將來的工廠一定會改變當前「麻雀雖小，五臟俱全」的局面，一定會向充分利用社會資源方面發展，包括訂單、人員、物料、設備的共享，也一定會淡化工廠之間的邊界，甚至推倒橫亙在工廠與社會之間的圍牆，打破封閉、獨立的生產模式，建構成開放的、服務型的平台，數據將在工廠內外、人機物之間、資訊系統與機器之間通暢地流動，工廠不只是生產產品，更是生產數據，數據將成為企業的核心競爭力，工廠將不再是今天的工廠。

5、智慧工廠，數據自動流動無極限

未來的工廠，一切以客戶價值為導向，承載知識的數據沿著產品價值方向而自由流動，從市場需求、產品研發、生產計劃、生產執行、市場行銷到售後服務，數據在收集、分析、決策、執行中增值，虛實精準映射，數位虛體世界指導、控制著實體世界的生產，解決了實體世界中的不確定性、多樣性和複雜性等問題，確保正確的數據在正確的時間，發送給正確的人和機器，並進行正確的執行。同時，實體世界又透過回饋優化著數位虛體世界。虛實兩世界相互融合，共軛發展，共同實現智慧化生產。